Technologie PCB - Comment éviter la distorsion de la conception de PCB

En effet, le circuit imprimé PCB est réalisé en matériau électriquement linéaire, c'est - à - dire que son impédance doit être constante. Alors, pourquoi les PCB introduisent - ils la non - linéarité dans le signal? La réponse est que la disposition du PCB est « non linéaire dans l'espace» par rapport à l'endroit où le courant circule.

Le fait que l'amplificateur tire son courant de cette source ou d'une autre dépend de la polarité instantanée du signal appliqué à la charge. Le courant sort de l'alimentation, passe par un condensateur de dérivation, puis entre dans la charge à travers un amplificateur. Le courant est ensuite renvoyé de la masse de la charge (ou du blindage du connecteur de sortie PCB) au plan de masse, à travers le condensateur de dérivation, puis à l'alimentation qui a initialement fourni le courant.

L'idée que le courant passe par le chemin d'impédance minimale est incorrecte. La quantité de courant dans tous les chemins d'impédance différents est proportionnelle à sa conductivité. Dans le plan de masse, il y a généralement plus d'un chemin de faible impédance dans lequel circule la majeure partie du courant de masse: un chemin est directement relié au condensateur de dérivation; L'autre consiste à stimuler la résistance d'entrée avant d'atteindre le condensateur de dérivation.

Lorsque les condensateurs de dérivation sont placés à différents endroits sur le PCB, le courant de masse circule à travers différents chemins vers les différents condensateurs de dérivation, ce qui signifie « non - linéarité spatiale». Si une partie importante de la composante d'une certaine polarité du courant de masse circule à travers la masse du circuit d'entrée, seule la tension de la composante signal de cette polarité est perturbée. Si l'autre polarité du courant de masse n'est pas perturbée, la tension du signal d'entrée varie de manière non linéaire. Lorsqu'une composante polaire change et que l'autre ne change pas, une distorsion se produira et la distorsion se traduira par une distorsion harmonique secondaire du signal de sortie.

Lorsque seule une composante polaire d'une onde sinusoïdale est perturbée, la forme d'onde résultante n'est plus une onde sinusoïdale. On utilise une charge de 100 îlots pour simuler un amplificateur idéal, faire passer le courant de charge à travers une résistance de 1 îlot et coupler la tension de masse d'entrée sur une seule polarité du signal, puis on obtient un résultat tel que représenté sur la figure 3. La transformée de Fourier montre que les formes d'onde déformées sont presque toutes des deuxièmes harmoniques de - 68dbc. Lorsque la fréquence est élevée, il est facile de créer ce degré de couplage sur le PCB. Il peut détruire les excellentes caractéristiques anti - distorsion de l'amplificateur sans avoir à recourir à trop d'effets non linéaires spéciaux du PCB. Lorsque la sortie d'un seul amplificateur opérationnel est déformée en raison du trajet du courant de masse, le courant de masse peut être ajusté en réarrangeant la boucle de dérivation et en maintenant la distance du dispositif d'entrée.

Comment éviter la distorsion de la conception de PCB

Puce Multi - amplificateur

Le problème d'une puce Multi - amplificateur (deux, trois ou quatre amplificateurs) est d'autant plus complexe qu'elle ne permet pas d'éloigner la connexion à la masse du condensateur de dérivation de toutes les entrées. C'est particulièrement vrai pour les amplificateurs quaternaires. Il y a une entrée de chaque côté de la puce à quatre amplificateurs, il n'y a donc pas de place pour un circuit de dérivation qui pourrait réduire l'interférence sur le canal d'entrée.

Une façon simple de mettre en page quatre amplificateurs. La plupart des appareils sont directement connectés à quatre broches d'amplificateur. Le courant de terre d'une source d'alimentation peut interférer avec la tension de terre d'entrée et le courant de terre de l'autre source d'alimentation de canal, provoquant la distorsion. Par example, un condensateur de dérivation (+ vs) sur la voie 1 d'un amplificateur quaternaire peut être placé directement à proximité de son entrée; Et un condensateur de dérivation (- vs) peut être placé de l'autre côté du boîtier. Le courant de terre (+ vs) peut interférer avec le canal 1, tandis que le courant de terre (- vs) peut ne pas interférer avec le canal 1.

Pour éviter ce problème, laissez le courant de terre interférer avec l'entrée, mais laissez le courant PCB circuler de manière spatialement linéaire. Pour ce faire, un condensateur de dérivation peut être placé sur le PCB de la manière suivante: faire circuler les courants de masse (+ vs) et (âvs) dans le même chemin. Si les perturbations du signal d'entrée par des courants positifs / négatifs sont égales, aucune distorsion ne se produit. Ainsi, les deux condensateurs de dérivation sont agencés de manière à être adjacents l'un à l'autre, de sorte qu'ils partagent un site de mise à la masse. Comme les composantes bipolaires du courant de masse proviennent du même point (blindage du connecteur de sortie ou mise à la masse de la charge) et reviennent toutes au même point (connexion commune à la masse du condensateur de dérivation), les courants positif et négatif circulent sur le même chemin. Si la résistance d'entrée d'un canal est perturbée par un courant de (+ vs), le courant de (â vs) a le même effet sur celui - ci, car la perturbation est la même quelle que soit la polarité, de sorte qu'il n'y a pas de distorsion, mais de légères variations du gain du canal.

Pour vérifier l'inférence ci - dessus, deux dispositions de PCB différentes ont été utilisées: une disposition simple et une disposition à faible distorsion. Avec l'amplificateur opérationnel à quatre voies fairchildâs fhp3450, la bande passante typique du fhp3450 est de 210 MHz, la pente est de 1100 V / US, le courant de polarisation d'entrée est de 100 na et le courant de fonctionnement par canal est de 3,6 ma. Comme le montre le tableau 1, plus la distorsion du canal est importante, plus l'amélioration est efficace, de sorte que les performances des 4 canaux sont presque égales.

S'il n'y a pas d'amplificateur quaternaire idéal sur le PCB, il est difficile de mesurer l'effet d'un seul canal d'amplification. Il est évident qu'un canal d'amplification donné perturbe non seulement ses propres entrées, mais aussi celles des autres canaux. Le courant de terre circule à travers toutes les différentes entrées de canal et produit des effets différents, mais ils sont tous affectés par chaque sortie. Cet effet est mesurable.

Harmoniques mesurées sur les autres canaux non entraînés lorsqu'un seul canal est piloté. Le canal non piloté présente un petit signal (diaphonie) à la fréquence fondamentale, mais en l'absence de tout signal fondamental important, il crée également une distorsion directement introduite par le courant de masse. La disposition à faible distorsion montre que les caractéristiques de distorsion harmonique secondaire et totale (THD) sont grandement améliorées en raison de la quasi - élimination de l'effet de courant de terre.